温度制御装置及びガス検出装置並びに温度制御方法
【課題】ホイートストンブリッジ回路を利用して制御対象の温度制御を行う場合に、過度の昇温を防止できる温度制御装置、及びその温度制御装置を用いたガス検出装置、並びに温度制御方法を提供すること。
【解決手段】可燃性ガス検出装置１では、両切替スイッチ５２３、５２４のオン・オフを切り替える際には、所定の重複期間ＴＸにわたり、両切替スイッチ５２３、５２４が共にオンとなる期間を設定している。これにより、高温設定期間では、所定の高温（Ｃ２）が維持され、低温設定期間では、所定の（Ｃ２より低い）低温（Ｃ１）が維持されるが、両切替スイッチ５２３、５２４の切り替え時に、発熱抵抗体３４の温度が急上昇することはない。
【解決手段】可燃性ガス検出装置１では、両切替スイッチ５２３、５２４のオン・オフを切り替える際には、所定の重複期間ＴＸにわたり、両切替スイッチ５２３、５２４が共にオンとなる期間を設定している。これにより、高温設定期間では、所定の高温（Ｃ２）が維持され、低温設定期間では、所定の（Ｃ２より低い）低温（Ｃ１）が維持されるが、両切替スイッチ５２３、５２４の切り替え時に、発熱抵抗体３４の温度が急上昇することはない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば被検出雰囲気中に存在する可燃性ガスの濃度測定や漏洩検知等に用いることができるガス検出装置や、例えばそのガス検出装置などに用いることができる温度制御装置及び温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境・自然保護などの社会的要求から、高効率で、クリーンなエネルギー源として燃料電池の研究が活発に行われている。その中で、低温作動、高出力密度等の利点により、家庭用、車載用などのエネルギー源として固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）や水素内燃機関が期待されている。
【０００３】
これらのシステムでは、例えば、可燃性ガスである水素を燃料としているため、ガス漏れの検知が重要な課題の一つとして挙げられている。
この種の水素を検出するガス検出装置としては、例えばホイートストンブリッジ回路を利用したガス検出装置において、回路の一部の抵抗体として発熱抵抗体を設け、その発熱抵抗体から奪われる熱量によって気体の熱伝導率に換算し、その熱伝導率変化からガス濃度を検出する熱伝導式ガス検出装置が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３５４２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術では、発熱抵抗体の温度の切り換えの際の安全性に関する検討が十分ではないという問題があった。
例えば、ホイートストンブリッジ回路を利用したガス検出装置において、ホイートストンブリッジ回路の４つの抵抗体の一つとして、２つのスイッチを用いて温度を切り換える一対の発熱抵抗体を用いた場合、即ち並列に配置された２つの発熱抵抗体を２つのスイッチでそれぞれ切り替える場合には、２つの温度に制御された発熱抵抗体の低温度・高温度における電圧から、水素濃度を算出している。
【０００６】
しかし、その温度を切り換える際に、スイッチの一方をオンにすると同時に、もう一方をオフにすると、瞬間的に両スイッチがオフの状態となることがあり、その場合には、ホイートストンブリッジ回路の抵抗が無限大になる。その結果、発熱抵抗体が過度に昇温し、その熱衝撃によって、装置に破損が生じたり、可燃性ガスへの着火の危険性があり、安全に安定的にガスを検出することが難しいという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ホイートストンブリッジ回路を利用して制御対象の温度制御を行う場合に、過度の昇温を防止できる温度制御装置、及びその温度制御装置を用いたガス検出装置、並びに温度制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明では、第１態様として、第１固定抵抗体と抵抗値を異なる固定値に可変の切替抵抗体とが第１接続点を介して直列に接続された第１辺と、第２固定抵抗体と発熱により抵抗値が変化する発熱抵抗体とが第２接続点を介して直列に接続された第２辺とが、並列に接続されたホイートストンブリッジ回路と、前記第１接続点の電位と前記第２接続点の電位との電位差が供給される差動増幅回路と、を有し、前記電位差がゼロになるように、前記差動増幅回路の出力を、前記ホイートストンブリッジ回路に印加して、該ホイートストンブリッジ回路が平衡条件を満たす様に制御するとともに、前記切替抵抗体の抵抗値を切り替えることにより、前記発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する温度制御装置であって、前記切替抵抗体として、第１抵抗値を有する第１切替抵抗体と第２抵抗値を有する第２切替抵抗体とを並列に接続する構成を有するとともに、前記第１切替抵抗体の接続をオン・オフする第１スイッチと、前記第２切替抵抗体の接続をオン・オフする第２スイッチとを備え、前記第１スイッチをオフし第２スイッチをオンして両スイッチを切り替える場合、または、前記第１スイッチをオンし第２スイッチをオフして両スイッチを切り替える場合には、前記両スイッチがオンとなる所定の期間を設定することを特徴とする。
【０００９】
本発明では、ホイートストンブリッジ回路の一部に設けられた切替抵抗体として、第１抵抗値を有する第１切替抵抗体と第２抵抗値を有する第２切替抵抗体とを並列に接続する構成を有するとともに、第１切替抵抗体の接続をオン・オフする第１スイッチと、第２切替抵抗体の接続をオン・オフする第２スイッチとを備えている。そして、第１スイッチをオフし第２スイッチをオンして両スイッチを切り替える場合、または、第１スイッチをオンし第２スイッチをオフして両スイッチを切り替える場合には、両スイッチがオンとなる所定の期間を設定している。
【００１０】
従って、従来の様に、両スイッチのオン・オフを切り替える際に、瞬間的に両スイッチがオフとなることがなく、よって、ホイートストンブリッジ回路の抵抗が無限大になることはない。
【００１１】
その結果、発熱抵抗体が過度に昇温して装置が破損することはないという効果を奏する。また、この温度制御装置を例えば可燃性ガスの検出に用いる場合は、発熱抵抗体が過度に昇温することが無いので、可燃性ガスへの着火の危険性が無いという顕著な効果を奏する。
【００１２】
（２）本発明では、第２態様として、前記請求項１に記載の温度制御装置を備え、被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度を検出するガス検出器において、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを駆動して、前記発熱抵抗体が予め設定された二つの設定温度にそれぞれ対応する各抵抗値となるように、該発熱抵抗体の通電状態を一定の周期時間毎に切り替える制御を行う通電制御手段と、前記被検出雰囲気内の温度である環境温度の変化により抵抗値が変化する測温抵抗体と、前記通電制御手段から前記発熱抵抗体への通電時に検出される該発熱抵抗体の両端電圧と、前記測温抵抗体の抵抗値が変化することにより生じる電圧差に基づく環境温度とを用いて、前記被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度を演算するガス濃度演算手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
第２態様の可燃性ガス検出装置では、ガス濃度演算手段が、通電制御手段から発熱抵抗体への通電時に検出される発熱抵抗体の両端電圧と、測温抵抗体の抵抗値が変化することにより生じる電圧差（温度電圧）に基づく環境温度とを用いて、被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度を演算することができる。
【００１４】
なお、通電制御手段から発熱抵抗体への通電時に検出される発熱抵抗体の両端電圧としては、発熱抵抗体が予め設定された二つの設定温度のうちの一方に制御されている際に検出してもよく、また、発熱抵抗体が予め設定された二つの設定温度に制御されている際のそれぞれ（それぞれの設定温度）において検出してもよい。
【００１５】
特に、この可燃性ガス検出装置では、上述した温度制御装置を用いるので、ホイートストンブリッジ回路に配置された両スイッチのオン・オフを切り替える際に、両スイッチが瞬間的に同時にオフすることはない。よって、両スイッチの切り替えの際に、ホイートストンブリッジ回路の抵抗が無限大になることはない。その結果、発熱抵抗体が過度に昇温し、その熱衝撃によって、装置に破損が生じたり、可燃性ガスに着火することが無いという顕著な効果を奏する。
【００１６】
（３）本発明では、第３態様として、前記二つの設定温度は、当該設定温度のうち高温側を第１設定温度、低温側を第２設定温度に予め設定されており、前記ガス濃度演算手段は、前記第１設定温度時に検出される前記発熱抵抗体の両端電圧を高温時電圧、前記第２設定温度時に検出される前記発熱抵抗体の両端電圧を低温時電圧とし、該高温時電圧と該低温時電圧との比に基づいて、前記被検出雰囲気内の湿度を算出し、該湿度を用いて前記可燃性ガスの濃度を補正することを特徴とする。
【００１７】
第３態様の可燃性ガス検出装置では、ガス濃度演算手段は、第１設定温度時に検出される発熱抵抗体の両端電圧を高温時電圧、第２設定温度時に検出される発熱抵抗体の両端電圧を低温時電圧とし、これら高温時電圧と低温時電圧との比に基づいて、被検出雰囲気内の湿度を算出し、その湿度を用いて可燃性ガスの濃度を補正することができる。
【００１８】
つまり、高温時電圧と低温時電圧との比における高分解能を確保することができるため、被検出雰囲気内の湿度を精度よく算出することができ、これを用いて可燃性ガスの濃度を補正する結果、可燃性ガスの濃度を精度よく検出することができる。
【００１９】
（４）本発明では、第４態様として、第１固定抵抗体と抵抗値を異なる固定値に可変の切替抵抗体とが第１接続点を介して直列に接続された第１辺と、第２固定抵抗体と発熱により抵抗値が変化する発熱抵抗体とが第２接続点を介して直列に接続された第２辺とが、並列に接続されたホイートストンブリッジ回路と、前記第１接続点の電位と前記第２接続点の電位との電位差が供給される差動増幅回路と、前記切替抵抗体として、第１抵抗値を有する第１切替抵抗体と第２抵抗値を有する第２切替抵抗体とを並列に接続する構成を有するとともに、前記第１切替抵抗体の接続をオン・オフする第１スイッチと、前記第２切替抵抗体の接続をオン・オフする第２スイッチと、を備えた温度制御装置を用いて、前記発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する温度制御方法であって、前記電位差がゼロになるように、前記差動増幅回路の出力を、前記ホイートストンブリッジ回路に印加して、該ホイートストンブリッジ回路が平衡条件を満たす様に制御するとともに、前記第１スイッチ及び第２スイッチを駆動して前記両切替抵抗体の抵抗値を切り替えて、前記発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する際に、前記第１スイッチをオフし第２スイッチをオンして両スイッチを切り替える場合、または、前記第１スイッチをオンし第２スイッチをオフして両スイッチを切り替える場合には、前記両スイッチがオンとなる所定の期間を有する様に制御することを特徴とする。
【００２０】
本発明の第４態様では、第１、第２スイッチを駆動して両切替抵抗体の抵抗値を切り替えて、発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する際に、第１スイッチをオフし第２スイッチをオンして両スイッチを切り替える場合、または、第１スイッチをオンし第２スイッチをオフして両スイッチを切り替える場合には、両スイッチがオンとなる所定の期間を有する様に制御するので、上述した第１態様と同様な作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】可燃性ガス検出装置の全体構成図である。
【図２】可燃性ガス検出装置の主要部となるガス検出素子の構成を示す説明図である。
【図３】ガス濃度演算処理の内容を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は切替スイッチ部等の構成を示す説明図、（ｂ）は接点の切り替え状態を示すタイミングチャート、（ｃ）は発熱抵抗体の温度の変化を示すタイミングチャートである。
【図５】両切替スイッチの制御処理を示すフローチャートである。
【図６】スイッチング制御と発熱抵抗体の温度と端子間電圧体との関係を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
ここでは、温度制御装置を備えたガス検出装置として、水素ガス等の可燃性ガスの濃度を検知する可燃性ガス検出装置を例に挙げて説明する。
【００２３】
ａ）まず、本実施形態の可燃性ガス検出装置の構成について説明する。
なお、図１は、本発明が適用された可燃性ガス検出装置１の全体構成図である。図２は、可燃性ガス検出装置１の主要部となるガス検出素子３の構成を示す説明図であり、（ａ）が平面図（但し、内部構成も一部示す）、（ｂ）が（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【００２４】
［全体構成］
可燃性ガス検出装置１は、熱伝導式のガス検出素子３を用いて、可燃性ガスの濃度を検出するものであり、例えば、燃料電池自動車の車内に設置され、水素の漏れを検出する目的等に用いられる。
【００２５】
図１に示すように、可燃性ガス検出装置１は、ガス検出素子３（図２参照）を駆動制御する制御回路５と、制御回路５の動作を制御する切替信号ＣＧ１を生成するとともに、制御回路５から得られる検出信号Ｖ１，ＶＴに基づいて、被検出ガス中に含まれる可燃性ガスのガス濃度を演算する処理（ガス濃度演算処理）を少なくとも含む各種処理を実行するマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）７と、直流電源Ｖｃｃから可燃性ガス検出装置１への電源供給経路を導通，遮断することで制御回路５，マイコン７を起動，停止する起動スイッチ９とを備えている。
【００２６】
なお、制御回路５（但し、後述する発熱抵抗体３４および測温抵抗体３５を除く），マイコン７，起動スイッチ９は単一の回路基板上に構成され、この回路基板とは別体にガス検出素子３は構成されている。
【００２７】
［ガス検出素子］
次に、ガス検出素子３について説明する。
図２に示すように、ガス検出素子３は、平板形状の基部３０を備え、基部３０の一方の面（以下「表面」という）には、複数の電極３１が形成され、他方の面（以下「裏面」という）には、基部３０の中心付近に、基部３０の一方の方向に沿って一つの凹部３０１が形成されている。
【００２８】
なお、ガス検出素子３は、縦横ともに数ｍｍ（例えば３ｍｍ×３ｍｍ）程度の大きさであり、例えば、シリコン製の基板を用いたマイクロマシニング技術（マイクロマシニング加工）により製造される。
【００２９】
電極３１は、基部３０の一方の辺（図２（ａ）中では下方の辺）に沿って配置された二つの電極３１１，３１２（以下「第１電極群」ともいう）と、他方の辺（図２（ａ）中では上方の辺）に沿って配置された二つの電極３１４，３１５（以下「第２電極群」ともいう）とからなる。これらのうち、電極３１２，３１５を、以下ではグランド電極ともいう。また、電極３１を構成する材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）又は金（Ａｕ）が用いられる。
【００３０】
基部３０は、シリコン製の基板３２と、基板３２の一方の面に形成された絶縁層３３とからなり、絶縁層３３が部分的（ここではほぼ正方形）に露出するように基板３２の一部を除去することで凹部３０１が形成されたダイアフラム構造をなしている。つまり、基部３０では、絶縁層３３側（基板３２が除去されていない方）が基部３０の表面となり、基板３２側（基板３２の一部が除去されている方を含む）が基部３０の裏面となる。
【００３１】
絶縁層３３には、凹部３０１により基部３０の裏面に露出した部位に、渦巻き状配線された線状の発熱抵抗体３４が埋設されているとともに、第２電極群３１４，３１５が形成された側の基部３０の長辺に沿って、温度測定に用いる測温抵抗体３５が埋設されている。
【００３２】
なお、絶縁層３３は、単一の材料で形成されてもよいし、異なる材料を用いて複数層を成すように形成されてもよい。また、絶縁層３３を構成する絶縁性材料としては、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）や窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）が用いられる。
【００３３】
発熱抵抗体３４は、自身の温度変化により抵抗値が変化する温度抵抗係数が大きい導電性材料からなり、また、測温抵抗体３５は、電気抵抗が温度に比例して変化（本実施形態では、温度の上昇に伴って抵抗値が増大）する導電性材料からなる。但し、発熱抵抗体３４および測温抵抗体３５は、いずれも同じ抵抗材料、本実施形態では白金（Ｐｔ）で形成されている。
【００３４】
そして、発熱抵抗体３４は、発熱抵抗体３４が形成された平面と同じ平面に埋設された配線３６、および配線膜３７を介して第１電極群３１１，３１２に接続され、測温抵抗体３５は、測温抵抗体３５が形成された平面と同じ平面に埋設された配線膜（図示せず）を介して第２電極群３１４，３１５に接続されている。
【００３５】
なお、配線３６や配線膜３７を構成する材料としては、発熱抵抗体３４および測温抵抗体３５と同じ抵抗材料が用いられている。また、基部３０の表面に形成される電極３１と基部３０（絶縁層３３）の内部に形成される配線膜３７とはコンタクトホール（接続導体）によって接続される。
【００３６】
つまり、発熱抵抗体３４は、一端が電極３１１、他端がグランド電極３１２と導通し、測温抵抗体３５は、一端が電極３１４、他端がグランド電極３１５と導通するように接続されている。
【００３７】
このように構成されたガス検出素子３は、凹部３０１が形成された裏面を被検出雰囲気内に晒すように配置した状態で使用される。
［制御回路］
次に、制御回路５の構成について説明する。
【００３８】
前記図１に示すように、制御回路５は、発熱抵抗体３４への通電制御を行い、発熱抵抗体３４の両端電圧に対応する検出信号Ｖ１を出力する通電制御回路５０と、測温抵抗体３５への通電を行い、被検出雰囲気の温度を表す温度検出信号ＶＴを出力する温度調整回路８０とを備えている。
【００３９】
［通電制御回路］
通電制御回路５０は、発熱抵抗体３４を含んで構成されたブリッジ回路（ホイーストンブリッジ回路）５１と、ブリッジ回路５１で検出される電位差を増幅する増幅回路５３と、増幅回路５３の出力に従って、ブリッジ回路５１に流れる電流を増減調整する電流調整回路５５を備えている。
【００４０】
電流調整回路５５は、ブリッジ回路５１に直流電源Ｖｃｃを供給する前記電源ラインに接続され、増幅回路５３の出力である調整信号Ｃに従って通電状態（オン抵抗）が変化するトランジスタからなる。具体的には、調整信号Ｃが大きいほど、オン抵抗が大きくなって、ブリッジ回路５１に流れる電流が減少し、逆に、調整信号が小さいほど、オン抵抗が小さくなって、ブリッジ回路５１に流れる電流が増大するように構成されている。
【００４１】
増幅回路５３は、演算増幅器５３１と、演算増幅器５３１の非反転入力端子および反転入力端子のそれぞれに接続された固定抵抗５３２，５３３と、演算増幅器５３１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続された固定抵抗５３４，およびコンデンサ５３５とによって構成された周知の差動増幅回路からなる。
【００４２】
つまり、非反転入力端子の入力電圧が反転入力端子の入力電圧より大きい場合に、増幅回路５３の出力である調整信号Ｃが大きくなり（ひいては、ブリッジ回路５１に流れる電流が減少し）、逆に、非反転入力端子の入力電圧が反転入力端子の入力電圧より小さい場合に、調整信号Ｃが小さくなる（ひいては、ブリッジ回路５１に流れる電流が増大する）ように構成されている。
【００４３】
ブリッジ回路５１は、発熱抵抗体３４および２個の固定抵抗５１１，５１２、抵抗値を切替可能な可変抵抗部５２からなり、固定抵抗５１１と発熱抵抗体３４、固定抵抗５１２と可変抵抗部５２をそれぞれ直列接続し、各直列回路のうち、発熱抵抗体３４および可変抵抗部５２側の各端部ＰＧを接地し、固定抵抗５１１，５１２側の各端部を電源側（電流調整回路５５）に接続することで構成されている。
【００４４】
そして、固定抵抗５１１と発熱抵抗体３４との接続点Ｐ＋は、固定抵抗５３２を介して演算増幅器５３１の非反転入力端子に接続され、固定抵抗５１２と可変抵抗部５２との接続点Ｐ−は、固定抵抗５３３を介して演算増幅器５３１の反転入力端子に接続されている。さらに、接続点Ｐ＋の電位を、検出信号Ｖ１としてマイコン７に供給するように構成されている。
【００４５】
また、可変抵抗部５２は、抵抗値の異なる２個の固定抵抗（第１固定抵抗５２１，第２固定抵抗５２２）と、マイコン７からの切替信号ＣＧ１に従って、第１，第２固定抵抗５２１，５２２のいずれか一方を有効に動作させる切替スイッチ部５２０（即ち第１切替スイッチ５２３，第２切替スイッチ５２４の一対の切替スイッチ）とからなり、両切替スイッチ５２３，５２４により可変抵抗部５２の抵抗値を切り替えることで、ブリッジ回路５１のバランス（平衡状態）を変化させることができるように構成されている。
【００４６】
詳しくは、第１固定抵抗５２１のオン・オフを切り換えるのが、第１切替スイッチ５２３であり、第２固定抵抗５２２のオン・オフを切り換えるのが、第２切替スイッチ５２４である。
【００４７】
なお、第１固定抵抗５２１は、発熱抵抗体３４が第１設定温度ＣＨ（例えば、４００℃）となる抵抗値を有し、第２固定抵抗５２２は、発熱抵抗体３４が第１設定温度ＣＨより低く設定された第２設定温度ＣＬ（例えば、３００℃）となる抵抗値を有する。従って、第１切替スイッチ５２３が発熱抵抗体３４を高温側に切り替える接点Ｈであり、第２切替スイッチ５２４が発熱抵抗体３４を低温側に切り替える接点Ｌである（図４参照）。
【００４８】
このように構成された通電制御回路５０では、直流電源Ｖｃｃからブリッジ回路５１への通電を開始すると、増幅回路５３および電流調整回路５５は、接続点Ｐ＋，Ｐ−間に生じる電位差がゼロになるようにブリッジ回路５１に流れる電流を調整する。これにより、発熱抵抗体３４の抵抗値（ひいては温度）が、可変抵抗部５２によって決まる一定値（ひいては第１設定温度ＣＨまたは第２設定温度ＣＬ）に制御される。
【００４９】
具体的には、被検出雰囲気中の可燃性ガスの含有量（濃度）が変化し、発熱抵抗体３４が発生させる熱量より、可燃性ガスによって奪われる熱量が大きくなった場合には、発熱抵抗体３４の温度が低下することによって、発熱抵抗体３４の抵抗値が減少する。逆に、発熱抵抗体が発生させる熱量より、可燃性ガスによって奪われる熱量が小さくなった場合には、発熱抵抗体３４の温度が上昇することによって、発熱抵抗体３４の抵抗値が増大する。
【００５０】
これに対して、増幅回路５３および電流調整回路５５は、発熱抵抗体３４の抵抗値が減少すると、ブリッジ回路５１に流れる電流、ひいては発熱抵抗体３４が発生させる熱量を増大させ、逆に、発熱抵抗体３４の抵抗値が増大すると、ブリッジ回路５１に流れる電流、ひいては発熱抵抗体３４が発生させる熱量を減少させることで、発熱抵抗体３４の抵抗値（ひいては温度）を一定の大きさに保つ。
【００５１】
つまり、接続点Ｐ＋の電位を表す検出信号Ｖ１からは、発熱抵抗体３４に流れる電流の大きさ、即ち、発熱抵抗体３４の温度（抵抗値）を一定に保つために必要な熱量（さらには、可燃性ガスによって奪われる熱量）がわかり、その熱量は可燃性ガスのガス濃度に応じた大きさとなるため、検出信号Ｖ１から可燃性ガスのガス濃度がわかることになる。なお、詳細には、可燃性ガスのガス濃度を算出する際に、被検出雰囲気内の湿度Ｈを用いて補正するが、これについては後述の「ガス濃度演算処理」にて説明する。
【００５２】
［温度測定回路］
次に、温度調整回路８０は、測温抵抗体３５を含んで構成されたブリッジ回路（ホイーストンブリッジ）８１と、ブリッジ回路８１から得られる電位差を増幅する増幅回路８３とを備えている。
【００５３】
増幅回路８３は、演算増幅器８３１と、演算増幅器８３１の非反転入力端子および反転入力端子のそれぞれに接続された固定抵抗８３２，８３３と、演算増幅器８３１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続された固定抵抗８３４，コンデンサ８３５によって構成された周知の差動増幅回路からなる。
【００５４】
ブリッジ回路８１は、測温抵抗体３５および３個の固定抵抗８１１，８１２，８１３からなり、固定抵抗８１１と測温抵抗体３５、固定抵抗８１２と固定抵抗８１３をそれぞれ直列接続し、各直列回路のうち、測温抵抗体３５および固定抵抗８１３側の各端部を接地し、固定抵抗８１１，８１２側の各端部を直流電源Ｖｃｃに接続することで構成されている。
【００５５】
そして、固定抵抗８１１と測温抵抗体３５との接続点Ｐ−が固定抵抗８３３を介して演算増幅器８３１の反転入力端子に接続され、固定抵抗８１２と固定抵抗８１３との接続点Ｐ＋が固定抵抗８３２を介して演算増幅器８３１の非反転入力端子に接続されている。また、演算増幅器８３１の出力を温度検出信号ＶＴとしてマイコンに供給するように構成されている。
【００５６】
測温抵抗体３５は、ガス検出素子３が晒される被検出雰囲気の温度が、予め設定された基準温度の時に、温度検出信号ＶＴが基準値となるように設定される。
そして、被検出雰囲気の温度変化に伴って、測温抵抗体３５の抵抗値が変化することにより電位差が生じ、この電位差を増幅したものが温度検出信号ＶＴとして出力される。
【００５７】
なお、ガス検出素子３と制御回路５との接続において、ガス検出素子３の各電極３１（３１１，３１２，３１４，３１５）は、電極３１１が通電制御回路５０の接続点Ｐ＋に、電極３１４が温度調整回路８０の接続点Ｐ−に、グランド電極３１２，３１５が制御回路５に共通のグランドラインに接続される。
【００５８】
［マイコン］
マイコン７は、ガス濃度演算処理等を実行するための各種のプログラムやデータを格納する記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、この記憶装置に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ、各種信号を入出力するためのＩＯポート、計時用タイマー等を備えた周知のものである。
【００５９】
ここで、第１設定温度ＣＨ（４００℃）の時に検出される検出信号Ｖ１の信号レベルを高温時電圧（高温側ヒータ電圧）ＶＨ１、第２設定温度ＣＬ（３００℃）時に検出される検出信号Ｖ１の信号レベルを低温時電圧（低温側ヒータ電圧）ＶＬ１、温度調整回路８０から読み込んだ温度検出信号ＶＴの信号レベルを温度電圧ＶＴというものとする。
【００６０】
そして、記憶装置には、被検出雰囲気内の環境温度Ｔと温度電圧ＶＴとの相関関係を表す温度換算データ、被検出雰囲気内の湿度Ｈと高温時電圧ＶＨ１，低温時電圧ＶＬ１，温度電圧ＶＴとの相関関係を表す湿度換算データ、高温時電圧ＶＨ１または低温時電圧ＶＬ１（本実施形態では高温時電圧ＶＨ１を使用）と可燃性ガスのガス濃度Ｘとの相関関係を表す濃度換算データが少なくとも記憶されている。なお、各換算データは、具体的には、換算用マップデータや換算用計算式等からなり、実験等により得られたデータに基づいて予め作成されたものである。
【００６１】
なお、湿度換算データには、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）と後述する電圧比ＶＣ（０）との相関関係を表す電圧比換算用マップデータ、後述する電圧比差ΔＶＣと湿度Ｈとの相関関係を表す湿度換算用マップデータが含まれている。さらに、濃度換算データには、温度電圧ＶＴと後述する高温時電圧ＶＨ１（０）との相関関係を表す高温時電圧換算用マップデータ、高温時電圧ＶＨ１および湿度Ｈと後述する高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｈ）との相関関係を表す湿度電圧変化換算用マップデータ、温度電圧ＶＴおよび高温時電圧ＶＨ１と後述するガス感度Ｇ（ＶＴ）との相関関係を表すガス感度換算用マップデータが含まれている。
【００６２】
ｂ）次に、本実施形態の可燃性ガス検出装置１における動作について説明する。
［ガス濃度演算処理］
ここでは、マイコン７のＣＰＵが実行するガス濃度演算処理を、図３に示すフローチャートに沿って説明する。
【００６３】
前記マイコン７は、起動スイッチ９がオンされることによって直流電源Ｖｃｃから給電が開始されると起動して、マイコン７の各部を初期化後、ガス濃度演算処理を開始する。また、第１切替スイッチ５２３及び第２切替スイッチ５２４をオンし、発熱抵抗体３４への通電を開始するとともに、測温抵抗体３５への通電も開始する。
【００６４】
なお、ガス濃度Ｘを求める演算では、低温時電圧ＶＬ１または高温時電圧ＶＨ１のいずれか或いは両方から濃度換算データを用いてガス濃度Ｘを求め（本実施形態では高温時電圧ＶＨ１からガス濃度Ｘを求めている）、さらには、温度電圧ＶＴから温度換算データを用いて環境温度Ｔを求め、演算結果であるガス濃度Ｘを、同じく演算結果である環境温度Ｔだけを用いて補正する方法もあるが、ここでは、環境温度Ｔに加えて湿度Ｈを用いてガス濃度Ｘを求めるものとする。
【００６５】
本処理（ガス濃度演算処理）が実行されると、まず、Ｓ１１０では、通電制御回路５０から低温時電圧ＶＬ１，高温時電圧ＶＨ１を取得するとともに、温度調整回路８０から温度電圧ＶＴを取得する。
【００６６】
ここで、低温時電圧ＶＬ１，高温時電圧ＶＨ１を取得する処理について、図４に基づいて詳しく説明する。
ここでは、切替信号ＣＧ１によりブリッジ回路５１の抵抗値、即ち、発熱抵抗体３４の設定温度を、一定の周期時間ＴＷ（例えば、２００ｍｓｅｃ）の間（以下「低温測定期間」という）、第２設定温度ＣＬに保持した後、設定を切り替えて、再び一定の周期時間ＴＷ（例えば、２００ｍｓｅｃ）の間（以下「高温測定期間」という）、第１設定温度ＣＨに保持する制御を行う。
【００６７】
詳しくは、図４（ａ）、（ｂ）に示す様に、第１切替スイッチ５２３（接点Ｈ）をオンするとともに、第２切替スイッチ５２４（接点Ｌ）をオフする動作を、高温設定期間にわたり維持することにより、即ち、ブリッジ回路５１の抵抗として、（高温用の）第１固定抵抗５２１を接続する動作を高温設定期間にわたり維持することにより、第１設定温度ＣＨに保持する。
【００６８】
そして、高温設定期間の終了後、第１切替スイッチ５２３をオフするとともに、第２切替スイッチ５２４をオンする動作を、低温設定期間にわたり維持することにより、即ち、ブリッジ回路５１の抵抗として、（低温用の）第２固定抵抗５２２を接続する動作を低温設定期間にわたり維持することにより、第２設定温度ＣＬに保持する。
【００６９】
特に本実施形態では、図４（ｂ）に示す様に、両切替スイッチ５２３、５２４のオン・オフを切り替える際には、所定の重複期間ＴＸ（例えば１．０ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃの中から設定される所定値）にわたり、両切替スイッチ５２３、５２４が共にオンとなる期間を設定している。この重複期間ＴＸは、高温設定期間から低温設定期間への切り替えと、低温設定期間から高温設定期間への切り替えの両方に設定されている。なお、制御の開始時には、重複期間ＴＸにわたり、両切替スイッチ５２３、５２４が共にオンとなる期間を設定している。
【００７０】
これにより、図４（ｃ）に示す様に、発熱抵抗体３４の温度が変化する。即ち、高温設定期間では、所定の高温（Ｃ２）が維持され、低温設定期間では、所定の（Ｃ２より低い）低温（Ｃ１）が維持される。よって、その両切替スイッチ５２３、５２４の切り替え時に、発熱抵抗体３４の温度が急上昇することはない。
【００７１】
次に、上述した両切替スイッチ５２３、５２４の動作（スイッチング制御）を、図５フローチャート及び図６タイミングチャートを用いて更に詳細に説明する。なお、図６は、切替動作に伴う発熱抵抗体３４の温度及び両端電圧の変化を示している。
【００７２】
図５及び図６に示す様に、両切替スイッチ５２３、５２４（接点Ｈ、Ｌ）は、制御開始時には、同時にオンされているので、発熱抵抗体３４の温度は最も低い温度に制御される。
【００７３】
従って、Ｓ２００では、両切替スイッチ５２３、５２４のオンから、所定の重複期間ＴＸが経過した後に、第２切替スイッチ５２４のみオフとする。これにより、発熱抵抗体３４の温度が高温（Ｃ２）に制御される。
【００７４】
続くＳ２１０では、高温時電圧ＶＨ１を読み込む。
続くＳ２２０では、第２切替スイッチ５２４のオフの期間が経過した後に、この第２切替スイッチ５２４もオンとする。即ち、両切替スイッチ５２３、５２４を共にオンの状態とする。これにより、発熱抵抗体３４の温度は最も低い温度に制御される。
【００７５】
続くＳ２３０では、両切替スイッチ５２３、５２４のオンから、重複期間ＴＸが経過した後に、第１切替スイッチ５２３のみオフとする。発熱抵抗体３４の温度が低温（Ｃ１）に制御される。
【００７６】
続くＳ２４０では、低温時電圧ＶＬ１を読み込む。
続くＳ２５０では、第１切替スイッチ５２３のオフの期間が経過した後に、この第１切替スイッチ５２３もオンとする。即ち、両切替スイッチ５２３、５２４を共にオンの状態とする。
【００７７】
以後、同様な動作を繰り返し、発熱抵抗体３４の加熱状態を高温又は低温に周期的に繰り替える。
これによって、図６に示す様に、両切替スイッチ５２３、５２４の切り替え時に、端子間電圧が急上昇することはなく、発熱抵抗体３４の温度も急上昇することはない。
【００７８】
そして、これと並行して、低温測定期間中に低温時電圧ＶＬ１、高温測定期間中に高温時電圧ＶＨ１、両期間のいずれかのタイミングで温度電圧ＶＴを検出する。なお、本実施形態では、高温測定期間中に温度電圧ＶＴを検出した。
【００７９】
前記図３に戻り、Ｓ１２０では、Ｓ１１０にて取得した低温時電圧ＶＬ１，高温時電圧ＶＨ１を次式（１）の入力値として、電圧比ＶＣを算出する。
ＶＣ＝ＶＨ１／ＶＬ１…（１）
また、これと並行して、Ｓ１３０では、Ｓ１１０にて取得した温度電圧ＶＴと、電圧比換算用マップデータとに基づいて、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）においてガス濃度Ｘ、及び、湿度Ｈがゼロのときの電圧比ＶＣ（０）を算出する。
【００８０】
そして、Ｓ１４０では、Ｓ１２０にて算出した電圧比ＶＣと、Ｓ１３０にて算出したＶＣ（０）とを次式（２）の入力値として、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）における電圧比差ΔＶＣを算出する。
【００８１】
ΔＶＣ＝ＶＣ−ＶＣ（０）…（２）
次に、Ｓ１５０では、Ｓ１４０にて算出した電圧比差ΔＶＣと、湿度換算用マップデータとに基づいて、電圧比差ΔＶＣのときの湿度Ｈを算出する。
【００８２】
また、これと並行して、Ｓ１６０では、Ｓ１１０にて取得した高温時電圧ＶＨ１，温度電圧ＶＴと、高温時電圧換算用マップデータとに基づいて、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）においてガス濃度Ｘ、及び、湿度Ｈがゼロのときの高温時電圧ＶＨ１（０）を算出する。
【００８３】
続いて、Ｓ１７０では、Ｓ１１０にて取得した高温時電圧ＶＨ１、およびＳ１５０にて算出した湿度Ｈと、湿度電圧変化換算用マップデータとに基づいて、高温時電圧ＶＨ１のうち湿度Ｈによってもたらされた電圧変化分を表す高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｈ）を算出する。
【００８４】
そして、Ｓ１８０では、Ｓ１１０にて取得した高温時電圧ＶＨ１と、Ｓ１６０にて算出した高温時電圧ＶＨ１（０）と、Ｓ１７０にて算出した高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｈ）とを次式（３）の入力値として、高温時電圧ＶＨ１のうち可燃性ガスによってもたらされた電圧変化分を表す高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｇ）を算出する。
【００８５】
ΔＶＨ１（Ｇ）＝ＶＨ１−ＶＨ１（０）−ΔＶＨ１（Ｈ）…（３）
また、これと並行して、Ｓ１９０では、Ｓ１１０にて取得した高温時電圧ＶＨ１，温度電圧ＶＴと、ガス感度換算用マップデータとに基づいて、高温時電圧ＶＨ１について環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）毎に予め設定された可燃性ガスに対する感度（単位はガス濃度Ｘの逆数）を表すガス感度Ｇ（ＶＴ）を算出する。
【００８６】
最後に、Ｓ２００では、Ｓ１８０にて算出した高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｇ）と、Ｓ１９０にて算出したガス感度Ｇ（ＶＴ）とを次式（４）の入力値として、可燃性ガスのガス濃度Ｘを算出し、Ｓ１１０に戻る。
【００８７】
Ｘ＝ΔＶＨ１（Ｇ）／Ｇ（ＶＴ）…（４）
このように、本処理では、周期時間ＴＷ毎に切替信号ＣＧ１を切替スイッチ部５２０に出力することにより、固定抵抗５１２と可変抵抗部５２との接続点Ｐ−から端部ＰＧ（可変抵抗部５２における接地側端部）への通電経路（可変抵抗部５２における通電経路）を、第１、第２固定抵抗５２１，５２２のいずれか一方側から他方側に切り替え、これにより高温時電圧ＶＨ１，低温時電圧ＶＬ１，温度電圧ＶＴを取得する。そして、温度電圧ＶＴから環境温度Ｔ、さらには、高温時電圧ＶＨ１と低温時電圧ＶＬ１の比から被検出雰囲気内の湿度Ｈを求め、これら環境温度Ｔと湿度Ｈとを用いてガス濃度Ｘを補正するようにしている。
【００８８】
［効果］
以上、説明したように、本実施形態の可燃性ガス検出装置１では、両切替スイッチ５２３、５２４のオン・オフを切り替える際には、所定の重複期間ＴＸにわたり、両切替スイッチ５２３、５２４が共にオンとなる期間を設定している。これにより、高温設定期間では、所定の高温（Ｃ２）が維持され、低温設定期間では、所定の（Ｃ２より低い）低温（Ｃ１）が維持されるが、両切替スイッチ５２３、５２４の切り替え時に、発熱抵抗体３４の温度が急上昇することはない。
【００８９】
つまり、本実施形態では、上述した重複期間ＴＸを設定することにより、両切替スイッチ５２３、５２４の切り替え時に、瞬間的に両切替スイッチ５２３、５２４がオフとなることが無いので、ブリッジ回路５１の抵抗が無限大になることはない。それにより、発熱抵抗体３４が過度に昇温することが無いので、過度の昇温度による熱衝撃によって、装置が破損したり可燃性ガスが高濃度であるときに当該可燃性ガスに着火したりすることが無いという顕著な効果を奏する。
【００９０】
［特許請求の範囲との関係］
なお、本実施形態において、通電制御回路５０が通電制御手段、マイコン７がガス濃度演算手段に相当する。
【００９１】
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
【００９２】
（１）例えば、前記実施形態では、上述した構成の温度制御回路を可燃性ガス検出装置に用いたが、それ以外の各種の制御装置に利用できる。例えば、被検出雰囲気の湿度を検出する湿度検出装置に適用できる。
【００９３】
（２）また、前記実施形態の可燃性ガス検出装置１では、被検出雰囲気内の湿度Ｈを用いてガス濃度Ｘを算出しているが、これに限定されるものではなく、少なくとも、発熱抵抗体の両端電圧（ＶＨ１，ＶＨ２）と、測温抵抗体の温度電圧ＶＴとを用いてガス濃度Ｘを算出する構成でもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１…可燃性ガス検出装置、３…ガス検出素子、５…制御回路、７…マイコン、９…起動スイッチ、３４…発熱抵抗体、３５…測温抵抗体、５０…通電制御回路、５１…ブリッジ回路、５２…可変抵抗部、５５…電流調整回路、８０…温度調整回路、８１…ブリッジ回路、８７…スイッチング回路、５１１，５１２，５２１，５２２…固定抵抗、５２０…切替スイッチ部、５２１、５２２…切替抵抗体、５２３、５２４…切替スイッチ、ＣＨ…第１設定温度、ＣＬ…第２設定温度、ＴＷ…周期時間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば被検出雰囲気中に存在する可燃性ガスの濃度測定や漏洩検知等に用いることができるガス検出装置や、例えばそのガス検出装置などに用いることができる温度制御装置及び温度制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境・自然保護などの社会的要求から、高効率で、クリーンなエネルギー源として燃料電池の研究が活発に行われている。その中で、低温作動、高出力密度等の利点により、家庭用、車載用などのエネルギー源として固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）や水素内燃機関が期待されている。
【０００３】
これらのシステムでは、例えば、可燃性ガスである水素を燃料としているため、ガス漏れの検知が重要な課題の一つとして挙げられている。
この種の水素を検出するガス検出装置としては、例えばホイートストンブリッジ回路を利用したガス検出装置において、回路の一部の抵抗体として発熱抵抗体を設け、その発熱抵抗体から奪われる熱量によって気体の熱伝導率に換算し、その熱伝導率変化からガス濃度を検出する熱伝導式ガス検出装置が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３５４２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術では、発熱抵抗体の温度の切り換えの際の安全性に関する検討が十分ではないという問題があった。
例えば、ホイートストンブリッジ回路を利用したガス検出装置において、ホイートストンブリッジ回路の４つの抵抗体の一つとして、２つのスイッチを用いて温度を切り換える一対の発熱抵抗体を用いた場合、即ち並列に配置された２つの発熱抵抗体を２つのスイッチでそれぞれ切り替える場合には、２つの温度に制御された発熱抵抗体の低温度・高温度における電圧から、水素濃度を算出している。
【０００６】
しかし、その温度を切り換える際に、スイッチの一方をオンにすると同時に、もう一方をオフにすると、瞬間的に両スイッチがオフの状態となることがあり、その場合には、ホイートストンブリッジ回路の抵抗が無限大になる。その結果、発熱抵抗体が過度に昇温し、その熱衝撃によって、装置に破損が生じたり、可燃性ガスへの着火の危険性があり、安全に安定的にガスを検出することが難しいという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ホイートストンブリッジ回路を利用して制御対象の温度制御を行う場合に、過度の昇温を防止できる温度制御装置、及びその温度制御装置を用いたガス検出装置、並びに温度制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明では、第１態様として、第１固定抵抗体と抵抗値を異なる固定値に可変の切替抵抗体とが第１接続点を介して直列に接続された第１辺と、第２固定抵抗体と発熱により抵抗値が変化する発熱抵抗体とが第２接続点を介して直列に接続された第２辺とが、並列に接続されたホイートストンブリッジ回路と、前記第１接続点の電位と前記第２接続点の電位との電位差が供給される差動増幅回路と、を有し、前記電位差がゼロになるように、前記差動増幅回路の出力を、前記ホイートストンブリッジ回路に印加して、該ホイートストンブリッジ回路が平衡条件を満たす様に制御するとともに、前記切替抵抗体の抵抗値を切り替えることにより、前記発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する温度制御装置であって、前記切替抵抗体として、第１抵抗値を有する第１切替抵抗体と第２抵抗値を有する第２切替抵抗体とを並列に接続する構成を有するとともに、前記第１切替抵抗体の接続をオン・オフする第１スイッチと、前記第２切替抵抗体の接続をオン・オフする第２スイッチとを備え、前記第１スイッチをオフし第２スイッチをオンして両スイッチを切り替える場合、または、前記第１スイッチをオンし第２スイッチをオフして両スイッチを切り替える場合には、前記両スイッチがオンとなる所定の期間を設定することを特徴とする。
【０００９】
本発明では、ホイートストンブリッジ回路の一部に設けられた切替抵抗体として、第１抵抗値を有する第１切替抵抗体と第２抵抗値を有する第２切替抵抗体とを並列に接続する構成を有するとともに、第１切替抵抗体の接続をオン・オフする第１スイッチと、第２切替抵抗体の接続をオン・オフする第２スイッチとを備えている。そして、第１スイッチをオフし第２スイッチをオンして両スイッチを切り替える場合、または、第１スイッチをオンし第２スイッチをオフして両スイッチを切り替える場合には、両スイッチがオンとなる所定の期間を設定している。
【００１０】
従って、従来の様に、両スイッチのオン・オフを切り替える際に、瞬間的に両スイッチがオフとなることがなく、よって、ホイートストンブリッジ回路の抵抗が無限大になることはない。
【００１１】
その結果、発熱抵抗体が過度に昇温して装置が破損することはないという効果を奏する。また、この温度制御装置を例えば可燃性ガスの検出に用いる場合は、発熱抵抗体が過度に昇温することが無いので、可燃性ガスへの着火の危険性が無いという顕著な効果を奏する。
【００１２】
（２）本発明では、第２態様として、前記請求項１に記載の温度制御装置を備え、被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度を検出するガス検出器において、前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを駆動して、前記発熱抵抗体が予め設定された二つの設定温度にそれぞれ対応する各抵抗値となるように、該発熱抵抗体の通電状態を一定の周期時間毎に切り替える制御を行う通電制御手段と、前記被検出雰囲気内の温度である環境温度の変化により抵抗値が変化する測温抵抗体と、前記通電制御手段から前記発熱抵抗体への通電時に検出される該発熱抵抗体の両端電圧と、前記測温抵抗体の抵抗値が変化することにより生じる電圧差に基づく環境温度とを用いて、前記被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度を演算するガス濃度演算手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
第２態様の可燃性ガス検出装置では、ガス濃度演算手段が、通電制御手段から発熱抵抗体への通電時に検出される発熱抵抗体の両端電圧と、測温抵抗体の抵抗値が変化することにより生じる電圧差（温度電圧）に基づく環境温度とを用いて、被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度を演算することができる。
【００１４】
なお、通電制御手段から発熱抵抗体への通電時に検出される発熱抵抗体の両端電圧としては、発熱抵抗体が予め設定された二つの設定温度のうちの一方に制御されている際に検出してもよく、また、発熱抵抗体が予め設定された二つの設定温度に制御されている際のそれぞれ（それぞれの設定温度）において検出してもよい。
【００１５】
特に、この可燃性ガス検出装置では、上述した温度制御装置を用いるので、ホイートストンブリッジ回路に配置された両スイッチのオン・オフを切り替える際に、両スイッチが瞬間的に同時にオフすることはない。よって、両スイッチの切り替えの際に、ホイートストンブリッジ回路の抵抗が無限大になることはない。その結果、発熱抵抗体が過度に昇温し、その熱衝撃によって、装置に破損が生じたり、可燃性ガスに着火することが無いという顕著な効果を奏する。
【００１６】
（３）本発明では、第３態様として、前記二つの設定温度は、当該設定温度のうち高温側を第１設定温度、低温側を第２設定温度に予め設定されており、前記ガス濃度演算手段は、前記第１設定温度時に検出される前記発熱抵抗体の両端電圧を高温時電圧、前記第２設定温度時に検出される前記発熱抵抗体の両端電圧を低温時電圧とし、該高温時電圧と該低温時電圧との比に基づいて、前記被検出雰囲気内の湿度を算出し、該湿度を用いて前記可燃性ガスの濃度を補正することを特徴とする。
【００１７】
第３態様の可燃性ガス検出装置では、ガス濃度演算手段は、第１設定温度時に検出される発熱抵抗体の両端電圧を高温時電圧、第２設定温度時に検出される発熱抵抗体の両端電圧を低温時電圧とし、これら高温時電圧と低温時電圧との比に基づいて、被検出雰囲気内の湿度を算出し、その湿度を用いて可燃性ガスの濃度を補正することができる。
【００１８】
つまり、高温時電圧と低温時電圧との比における高分解能を確保することができるため、被検出雰囲気内の湿度を精度よく算出することができ、これを用いて可燃性ガスの濃度を補正する結果、可燃性ガスの濃度を精度よく検出することができる。
【００１９】
（４）本発明では、第４態様として、第１固定抵抗体と抵抗値を異なる固定値に可変の切替抵抗体とが第１接続点を介して直列に接続された第１辺と、第２固定抵抗体と発熱により抵抗値が変化する発熱抵抗体とが第２接続点を介して直列に接続された第２辺とが、並列に接続されたホイートストンブリッジ回路と、前記第１接続点の電位と前記第２接続点の電位との電位差が供給される差動増幅回路と、前記切替抵抗体として、第１抵抗値を有する第１切替抵抗体と第２抵抗値を有する第２切替抵抗体とを並列に接続する構成を有するとともに、前記第１切替抵抗体の接続をオン・オフする第１スイッチと、前記第２切替抵抗体の接続をオン・オフする第２スイッチと、を備えた温度制御装置を用いて、前記発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する温度制御方法であって、前記電位差がゼロになるように、前記差動増幅回路の出力を、前記ホイートストンブリッジ回路に印加して、該ホイートストンブリッジ回路が平衡条件を満たす様に制御するとともに、前記第１スイッチ及び第２スイッチを駆動して前記両切替抵抗体の抵抗値を切り替えて、前記発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する際に、前記第１スイッチをオフし第２スイッチをオンして両スイッチを切り替える場合、または、前記第１スイッチをオンし第２スイッチをオフして両スイッチを切り替える場合には、前記両スイッチがオンとなる所定の期間を有する様に制御することを特徴とする。
【００２０】
本発明の第４態様では、第１、第２スイッチを駆動して両切替抵抗体の抵抗値を切り替えて、発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する際に、第１スイッチをオフし第２スイッチをオンして両スイッチを切り替える場合、または、第１スイッチをオンし第２スイッチをオフして両スイッチを切り替える場合には、両スイッチがオンとなる所定の期間を有する様に制御するので、上述した第１態様と同様な作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】可燃性ガス検出装置の全体構成図である。
【図２】可燃性ガス検出装置の主要部となるガス検出素子の構成を示す説明図である。
【図３】ガス濃度演算処理の内容を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は切替スイッチ部等の構成を示す説明図、（ｂ）は接点の切り替え状態を示すタイミングチャート、（ｃ）は発熱抵抗体の温度の変化を示すタイミングチャートである。
【図５】両切替スイッチの制御処理を示すフローチャートである。
【図６】スイッチング制御と発熱抵抗体の温度と端子間電圧体との関係を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
ここでは、温度制御装置を備えたガス検出装置として、水素ガス等の可燃性ガスの濃度を検知する可燃性ガス検出装置を例に挙げて説明する。
【００２３】
ａ）まず、本実施形態の可燃性ガス検出装置の構成について説明する。
なお、図１は、本発明が適用された可燃性ガス検出装置１の全体構成図である。図２は、可燃性ガス検出装置１の主要部となるガス検出素子３の構成を示す説明図であり、（ａ）が平面図（但し、内部構成も一部示す）、（ｂ）が（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【００２４】
［全体構成］
可燃性ガス検出装置１は、熱伝導式のガス検出素子３を用いて、可燃性ガスの濃度を検出するものであり、例えば、燃料電池自動車の車内に設置され、水素の漏れを検出する目的等に用いられる。
【００２５】
図１に示すように、可燃性ガス検出装置１は、ガス検出素子３（図２参照）を駆動制御する制御回路５と、制御回路５の動作を制御する切替信号ＣＧ１を生成するとともに、制御回路５から得られる検出信号Ｖ１，ＶＴに基づいて、被検出ガス中に含まれる可燃性ガスのガス濃度を演算する処理（ガス濃度演算処理）を少なくとも含む各種処理を実行するマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）７と、直流電源Ｖｃｃから可燃性ガス検出装置１への電源供給経路を導通，遮断することで制御回路５，マイコン７を起動，停止する起動スイッチ９とを備えている。
【００２６】
なお、制御回路５（但し、後述する発熱抵抗体３４および測温抵抗体３５を除く），マイコン７，起動スイッチ９は単一の回路基板上に構成され、この回路基板とは別体にガス検出素子３は構成されている。
【００２７】
［ガス検出素子］
次に、ガス検出素子３について説明する。
図２に示すように、ガス検出素子３は、平板形状の基部３０を備え、基部３０の一方の面（以下「表面」という）には、複数の電極３１が形成され、他方の面（以下「裏面」という）には、基部３０の中心付近に、基部３０の一方の方向に沿って一つの凹部３０１が形成されている。
【００２８】
なお、ガス検出素子３は、縦横ともに数ｍｍ（例えば３ｍｍ×３ｍｍ）程度の大きさであり、例えば、シリコン製の基板を用いたマイクロマシニング技術（マイクロマシニング加工）により製造される。
【００２９】
電極３１は、基部３０の一方の辺（図２（ａ）中では下方の辺）に沿って配置された二つの電極３１１，３１２（以下「第１電極群」ともいう）と、他方の辺（図２（ａ）中では上方の辺）に沿って配置された二つの電極３１４，３１５（以下「第２電極群」ともいう）とからなる。これらのうち、電極３１２，３１５を、以下ではグランド電極ともいう。また、電極３１を構成する材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）又は金（Ａｕ）が用いられる。
【００３０】
基部３０は、シリコン製の基板３２と、基板３２の一方の面に形成された絶縁層３３とからなり、絶縁層３３が部分的（ここではほぼ正方形）に露出するように基板３２の一部を除去することで凹部３０１が形成されたダイアフラム構造をなしている。つまり、基部３０では、絶縁層３３側（基板３２が除去されていない方）が基部３０の表面となり、基板３２側（基板３２の一部が除去されている方を含む）が基部３０の裏面となる。
【００３１】
絶縁層３３には、凹部３０１により基部３０の裏面に露出した部位に、渦巻き状配線された線状の発熱抵抗体３４が埋設されているとともに、第２電極群３１４，３１５が形成された側の基部３０の長辺に沿って、温度測定に用いる測温抵抗体３５が埋設されている。
【００３２】
なお、絶縁層３３は、単一の材料で形成されてもよいし、異なる材料を用いて複数層を成すように形成されてもよい。また、絶縁層３３を構成する絶縁性材料としては、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）や窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）が用いられる。
【００３３】
発熱抵抗体３４は、自身の温度変化により抵抗値が変化する温度抵抗係数が大きい導電性材料からなり、また、測温抵抗体３５は、電気抵抗が温度に比例して変化（本実施形態では、温度の上昇に伴って抵抗値が増大）する導電性材料からなる。但し、発熱抵抗体３４および測温抵抗体３５は、いずれも同じ抵抗材料、本実施形態では白金（Ｐｔ）で形成されている。
【００３４】
そして、発熱抵抗体３４は、発熱抵抗体３４が形成された平面と同じ平面に埋設された配線３６、および配線膜３７を介して第１電極群３１１，３１２に接続され、測温抵抗体３５は、測温抵抗体３５が形成された平面と同じ平面に埋設された配線膜（図示せず）を介して第２電極群３１４，３１５に接続されている。
【００３５】
なお、配線３６や配線膜３７を構成する材料としては、発熱抵抗体３４および測温抵抗体３５と同じ抵抗材料が用いられている。また、基部３０の表面に形成される電極３１と基部３０（絶縁層３３）の内部に形成される配線膜３７とはコンタクトホール（接続導体）によって接続される。
【００３６】
つまり、発熱抵抗体３４は、一端が電極３１１、他端がグランド電極３１２と導通し、測温抵抗体３５は、一端が電極３１４、他端がグランド電極３１５と導通するように接続されている。
【００３７】
このように構成されたガス検出素子３は、凹部３０１が形成された裏面を被検出雰囲気内に晒すように配置した状態で使用される。
［制御回路］
次に、制御回路５の構成について説明する。
【００３８】
前記図１に示すように、制御回路５は、発熱抵抗体３４への通電制御を行い、発熱抵抗体３４の両端電圧に対応する検出信号Ｖ１を出力する通電制御回路５０と、測温抵抗体３５への通電を行い、被検出雰囲気の温度を表す温度検出信号ＶＴを出力する温度調整回路８０とを備えている。
【００３９】
［通電制御回路］
通電制御回路５０は、発熱抵抗体３４を含んで構成されたブリッジ回路（ホイーストンブリッジ回路）５１と、ブリッジ回路５１で検出される電位差を増幅する増幅回路５３と、増幅回路５３の出力に従って、ブリッジ回路５１に流れる電流を増減調整する電流調整回路５５を備えている。
【００４０】
電流調整回路５５は、ブリッジ回路５１に直流電源Ｖｃｃを供給する前記電源ラインに接続され、増幅回路５３の出力である調整信号Ｃに従って通電状態（オン抵抗）が変化するトランジスタからなる。具体的には、調整信号Ｃが大きいほど、オン抵抗が大きくなって、ブリッジ回路５１に流れる電流が減少し、逆に、調整信号が小さいほど、オン抵抗が小さくなって、ブリッジ回路５１に流れる電流が増大するように構成されている。
【００４１】
増幅回路５３は、演算増幅器５３１と、演算増幅器５３１の非反転入力端子および反転入力端子のそれぞれに接続された固定抵抗５３２，５３３と、演算増幅器５３１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続された固定抵抗５３４，およびコンデンサ５３５とによって構成された周知の差動増幅回路からなる。
【００４２】
つまり、非反転入力端子の入力電圧が反転入力端子の入力電圧より大きい場合に、増幅回路５３の出力である調整信号Ｃが大きくなり（ひいては、ブリッジ回路５１に流れる電流が減少し）、逆に、非反転入力端子の入力電圧が反転入力端子の入力電圧より小さい場合に、調整信号Ｃが小さくなる（ひいては、ブリッジ回路５１に流れる電流が増大する）ように構成されている。
【００４３】
ブリッジ回路５１は、発熱抵抗体３４および２個の固定抵抗５１１，５１２、抵抗値を切替可能な可変抵抗部５２からなり、固定抵抗５１１と発熱抵抗体３４、固定抵抗５１２と可変抵抗部５２をそれぞれ直列接続し、各直列回路のうち、発熱抵抗体３４および可変抵抗部５２側の各端部ＰＧを接地し、固定抵抗５１１，５１２側の各端部を電源側（電流調整回路５５）に接続することで構成されている。
【００４４】
そして、固定抵抗５１１と発熱抵抗体３４との接続点Ｐ＋は、固定抵抗５３２を介して演算増幅器５３１の非反転入力端子に接続され、固定抵抗５１２と可変抵抗部５２との接続点Ｐ−は、固定抵抗５３３を介して演算増幅器５３１の反転入力端子に接続されている。さらに、接続点Ｐ＋の電位を、検出信号Ｖ１としてマイコン７に供給するように構成されている。
【００４５】
また、可変抵抗部５２は、抵抗値の異なる２個の固定抵抗（第１固定抵抗５２１，第２固定抵抗５２２）と、マイコン７からの切替信号ＣＧ１に従って、第１，第２固定抵抗５２１，５２２のいずれか一方を有効に動作させる切替スイッチ部５２０（即ち第１切替スイッチ５２３，第２切替スイッチ５２４の一対の切替スイッチ）とからなり、両切替スイッチ５２３，５２４により可変抵抗部５２の抵抗値を切り替えることで、ブリッジ回路５１のバランス（平衡状態）を変化させることができるように構成されている。
【００４６】
詳しくは、第１固定抵抗５２１のオン・オフを切り換えるのが、第１切替スイッチ５２３であり、第２固定抵抗５２２のオン・オフを切り換えるのが、第２切替スイッチ５２４である。
【００４７】
なお、第１固定抵抗５２１は、発熱抵抗体３４が第１設定温度ＣＨ（例えば、４００℃）となる抵抗値を有し、第２固定抵抗５２２は、発熱抵抗体３４が第１設定温度ＣＨより低く設定された第２設定温度ＣＬ（例えば、３００℃）となる抵抗値を有する。従って、第１切替スイッチ５２３が発熱抵抗体３４を高温側に切り替える接点Ｈであり、第２切替スイッチ５２４が発熱抵抗体３４を低温側に切り替える接点Ｌである（図４参照）。
【００４８】
このように構成された通電制御回路５０では、直流電源Ｖｃｃからブリッジ回路５１への通電を開始すると、増幅回路５３および電流調整回路５５は、接続点Ｐ＋，Ｐ−間に生じる電位差がゼロになるようにブリッジ回路５１に流れる電流を調整する。これにより、発熱抵抗体３４の抵抗値（ひいては温度）が、可変抵抗部５２によって決まる一定値（ひいては第１設定温度ＣＨまたは第２設定温度ＣＬ）に制御される。
【００４９】
具体的には、被検出雰囲気中の可燃性ガスの含有量（濃度）が変化し、発熱抵抗体３４が発生させる熱量より、可燃性ガスによって奪われる熱量が大きくなった場合には、発熱抵抗体３４の温度が低下することによって、発熱抵抗体３４の抵抗値が減少する。逆に、発熱抵抗体が発生させる熱量より、可燃性ガスによって奪われる熱量が小さくなった場合には、発熱抵抗体３４の温度が上昇することによって、発熱抵抗体３４の抵抗値が増大する。
【００５０】
これに対して、増幅回路５３および電流調整回路５５は、発熱抵抗体３４の抵抗値が減少すると、ブリッジ回路５１に流れる電流、ひいては発熱抵抗体３４が発生させる熱量を増大させ、逆に、発熱抵抗体３４の抵抗値が増大すると、ブリッジ回路５１に流れる電流、ひいては発熱抵抗体３４が発生させる熱量を減少させることで、発熱抵抗体３４の抵抗値（ひいては温度）を一定の大きさに保つ。
【００５１】
つまり、接続点Ｐ＋の電位を表す検出信号Ｖ１からは、発熱抵抗体３４に流れる電流の大きさ、即ち、発熱抵抗体３４の温度（抵抗値）を一定に保つために必要な熱量（さらには、可燃性ガスによって奪われる熱量）がわかり、その熱量は可燃性ガスのガス濃度に応じた大きさとなるため、検出信号Ｖ１から可燃性ガスのガス濃度がわかることになる。なお、詳細には、可燃性ガスのガス濃度を算出する際に、被検出雰囲気内の湿度Ｈを用いて補正するが、これについては後述の「ガス濃度演算処理」にて説明する。
【００５２】
［温度測定回路］
次に、温度調整回路８０は、測温抵抗体３５を含んで構成されたブリッジ回路（ホイーストンブリッジ）８１と、ブリッジ回路８１から得られる電位差を増幅する増幅回路８３とを備えている。
【００５３】
増幅回路８３は、演算増幅器８３１と、演算増幅器８３１の非反転入力端子および反転入力端子のそれぞれに接続された固定抵抗８３２，８３３と、演算増幅器８３１の反転入力端子と出力端子との間に並列接続された固定抵抗８３４，コンデンサ８３５によって構成された周知の差動増幅回路からなる。
【００５４】
ブリッジ回路８１は、測温抵抗体３５および３個の固定抵抗８１１，８１２，８１３からなり、固定抵抗８１１と測温抵抗体３５、固定抵抗８１２と固定抵抗８１３をそれぞれ直列接続し、各直列回路のうち、測温抵抗体３５および固定抵抗８１３側の各端部を接地し、固定抵抗８１１，８１２側の各端部を直流電源Ｖｃｃに接続することで構成されている。
【００５５】
そして、固定抵抗８１１と測温抵抗体３５との接続点Ｐ−が固定抵抗８３３を介して演算増幅器８３１の反転入力端子に接続され、固定抵抗８１２と固定抵抗８１３との接続点Ｐ＋が固定抵抗８３２を介して演算増幅器８３１の非反転入力端子に接続されている。また、演算増幅器８３１の出力を温度検出信号ＶＴとしてマイコンに供給するように構成されている。
【００５６】
測温抵抗体３５は、ガス検出素子３が晒される被検出雰囲気の温度が、予め設定された基準温度の時に、温度検出信号ＶＴが基準値となるように設定される。
そして、被検出雰囲気の温度変化に伴って、測温抵抗体３５の抵抗値が変化することにより電位差が生じ、この電位差を増幅したものが温度検出信号ＶＴとして出力される。
【００５７】
なお、ガス検出素子３と制御回路５との接続において、ガス検出素子３の各電極３１（３１１，３１２，３１４，３１５）は、電極３１１が通電制御回路５０の接続点Ｐ＋に、電極３１４が温度調整回路８０の接続点Ｐ−に、グランド電極３１２，３１５が制御回路５に共通のグランドラインに接続される。
【００５８】
［マイコン］
マイコン７は、ガス濃度演算処理等を実行するための各種のプログラムやデータを格納する記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、この記憶装置に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ、各種信号を入出力するためのＩＯポート、計時用タイマー等を備えた周知のものである。
【００５９】
ここで、第１設定温度ＣＨ（４００℃）の時に検出される検出信号Ｖ１の信号レベルを高温時電圧（高温側ヒータ電圧）ＶＨ１、第２設定温度ＣＬ（３００℃）時に検出される検出信号Ｖ１の信号レベルを低温時電圧（低温側ヒータ電圧）ＶＬ１、温度調整回路８０から読み込んだ温度検出信号ＶＴの信号レベルを温度電圧ＶＴというものとする。
【００６０】
そして、記憶装置には、被検出雰囲気内の環境温度Ｔと温度電圧ＶＴとの相関関係を表す温度換算データ、被検出雰囲気内の湿度Ｈと高温時電圧ＶＨ１，低温時電圧ＶＬ１，温度電圧ＶＴとの相関関係を表す湿度換算データ、高温時電圧ＶＨ１または低温時電圧ＶＬ１（本実施形態では高温時電圧ＶＨ１を使用）と可燃性ガスのガス濃度Ｘとの相関関係を表す濃度換算データが少なくとも記憶されている。なお、各換算データは、具体的には、換算用マップデータや換算用計算式等からなり、実験等により得られたデータに基づいて予め作成されたものである。
【００６１】
なお、湿度換算データには、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）と後述する電圧比ＶＣ（０）との相関関係を表す電圧比換算用マップデータ、後述する電圧比差ΔＶＣと湿度Ｈとの相関関係を表す湿度換算用マップデータが含まれている。さらに、濃度換算データには、温度電圧ＶＴと後述する高温時電圧ＶＨ１（０）との相関関係を表す高温時電圧換算用マップデータ、高温時電圧ＶＨ１および湿度Ｈと後述する高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｈ）との相関関係を表す湿度電圧変化換算用マップデータ、温度電圧ＶＴおよび高温時電圧ＶＨ１と後述するガス感度Ｇ（ＶＴ）との相関関係を表すガス感度換算用マップデータが含まれている。
【００６２】
ｂ）次に、本実施形態の可燃性ガス検出装置１における動作について説明する。
［ガス濃度演算処理］
ここでは、マイコン７のＣＰＵが実行するガス濃度演算処理を、図３に示すフローチャートに沿って説明する。
【００６３】
前記マイコン７は、起動スイッチ９がオンされることによって直流電源Ｖｃｃから給電が開始されると起動して、マイコン７の各部を初期化後、ガス濃度演算処理を開始する。また、第１切替スイッチ５２３及び第２切替スイッチ５２４をオンし、発熱抵抗体３４への通電を開始するとともに、測温抵抗体３５への通電も開始する。
【００６４】
なお、ガス濃度Ｘを求める演算では、低温時電圧ＶＬ１または高温時電圧ＶＨ１のいずれか或いは両方から濃度換算データを用いてガス濃度Ｘを求め（本実施形態では高温時電圧ＶＨ１からガス濃度Ｘを求めている）、さらには、温度電圧ＶＴから温度換算データを用いて環境温度Ｔを求め、演算結果であるガス濃度Ｘを、同じく演算結果である環境温度Ｔだけを用いて補正する方法もあるが、ここでは、環境温度Ｔに加えて湿度Ｈを用いてガス濃度Ｘを求めるものとする。
【００６５】
本処理（ガス濃度演算処理）が実行されると、まず、Ｓ１１０では、通電制御回路５０から低温時電圧ＶＬ１，高温時電圧ＶＨ１を取得するとともに、温度調整回路８０から温度電圧ＶＴを取得する。
【００６６】
ここで、低温時電圧ＶＬ１，高温時電圧ＶＨ１を取得する処理について、図４に基づいて詳しく説明する。
ここでは、切替信号ＣＧ１によりブリッジ回路５１の抵抗値、即ち、発熱抵抗体３４の設定温度を、一定の周期時間ＴＷ（例えば、２００ｍｓｅｃ）の間（以下「低温測定期間」という）、第２設定温度ＣＬに保持した後、設定を切り替えて、再び一定の周期時間ＴＷ（例えば、２００ｍｓｅｃ）の間（以下「高温測定期間」という）、第１設定温度ＣＨに保持する制御を行う。
【００６７】
詳しくは、図４（ａ）、（ｂ）に示す様に、第１切替スイッチ５２３（接点Ｈ）をオンするとともに、第２切替スイッチ５２４（接点Ｌ）をオフする動作を、高温設定期間にわたり維持することにより、即ち、ブリッジ回路５１の抵抗として、（高温用の）第１固定抵抗５２１を接続する動作を高温設定期間にわたり維持することにより、第１設定温度ＣＨに保持する。
【００６８】
そして、高温設定期間の終了後、第１切替スイッチ５２３をオフするとともに、第２切替スイッチ５２４をオンする動作を、低温設定期間にわたり維持することにより、即ち、ブリッジ回路５１の抵抗として、（低温用の）第２固定抵抗５２２を接続する動作を低温設定期間にわたり維持することにより、第２設定温度ＣＬに保持する。
【００６９】
特に本実施形態では、図４（ｂ）に示す様に、両切替スイッチ５２３、５２４のオン・オフを切り替える際には、所定の重複期間ＴＸ（例えば１．０ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃの中から設定される所定値）にわたり、両切替スイッチ５２３、５２４が共にオンとなる期間を設定している。この重複期間ＴＸは、高温設定期間から低温設定期間への切り替えと、低温設定期間から高温設定期間への切り替えの両方に設定されている。なお、制御の開始時には、重複期間ＴＸにわたり、両切替スイッチ５２３、５２４が共にオンとなる期間を設定している。
【００７０】
これにより、図４（ｃ）に示す様に、発熱抵抗体３４の温度が変化する。即ち、高温設定期間では、所定の高温（Ｃ２）が維持され、低温設定期間では、所定の（Ｃ２より低い）低温（Ｃ１）が維持される。よって、その両切替スイッチ５２３、５２４の切り替え時に、発熱抵抗体３４の温度が急上昇することはない。
【００７１】
次に、上述した両切替スイッチ５２３、５２４の動作（スイッチング制御）を、図５フローチャート及び図６タイミングチャートを用いて更に詳細に説明する。なお、図６は、切替動作に伴う発熱抵抗体３４の温度及び両端電圧の変化を示している。
【００７２】
図５及び図６に示す様に、両切替スイッチ５２３、５２４（接点Ｈ、Ｌ）は、制御開始時には、同時にオンされているので、発熱抵抗体３４の温度は最も低い温度に制御される。
【００７３】
従って、Ｓ２００では、両切替スイッチ５２３、５２４のオンから、所定の重複期間ＴＸが経過した後に、第２切替スイッチ５２４のみオフとする。これにより、発熱抵抗体３４の温度が高温（Ｃ２）に制御される。
【００７４】
続くＳ２１０では、高温時電圧ＶＨ１を読み込む。
続くＳ２２０では、第２切替スイッチ５２４のオフの期間が経過した後に、この第２切替スイッチ５２４もオンとする。即ち、両切替スイッチ５２３、５２４を共にオンの状態とする。これにより、発熱抵抗体３４の温度は最も低い温度に制御される。
【００７５】
続くＳ２３０では、両切替スイッチ５２３、５２４のオンから、重複期間ＴＸが経過した後に、第１切替スイッチ５２３のみオフとする。発熱抵抗体３４の温度が低温（Ｃ１）に制御される。
【００７６】
続くＳ２４０では、低温時電圧ＶＬ１を読み込む。
続くＳ２５０では、第１切替スイッチ５２３のオフの期間が経過した後に、この第１切替スイッチ５２３もオンとする。即ち、両切替スイッチ５２３、５２４を共にオンの状態とする。
【００７７】
以後、同様な動作を繰り返し、発熱抵抗体３４の加熱状態を高温又は低温に周期的に繰り替える。
これによって、図６に示す様に、両切替スイッチ５２３、５２４の切り替え時に、端子間電圧が急上昇することはなく、発熱抵抗体３４の温度も急上昇することはない。
【００７８】
そして、これと並行して、低温測定期間中に低温時電圧ＶＬ１、高温測定期間中に高温時電圧ＶＨ１、両期間のいずれかのタイミングで温度電圧ＶＴを検出する。なお、本実施形態では、高温測定期間中に温度電圧ＶＴを検出した。
【００７９】
前記図３に戻り、Ｓ１２０では、Ｓ１１０にて取得した低温時電圧ＶＬ１，高温時電圧ＶＨ１を次式（１）の入力値として、電圧比ＶＣを算出する。
ＶＣ＝ＶＨ１／ＶＬ１…（１）
また、これと並行して、Ｓ１３０では、Ｓ１１０にて取得した温度電圧ＶＴと、電圧比換算用マップデータとに基づいて、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）においてガス濃度Ｘ、及び、湿度Ｈがゼロのときの電圧比ＶＣ（０）を算出する。
【００８０】
そして、Ｓ１４０では、Ｓ１２０にて算出した電圧比ＶＣと、Ｓ１３０にて算出したＶＣ（０）とを次式（２）の入力値として、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）における電圧比差ΔＶＣを算出する。
【００８１】
ΔＶＣ＝ＶＣ−ＶＣ（０）…（２）
次に、Ｓ１５０では、Ｓ１４０にて算出した電圧比差ΔＶＣと、湿度換算用マップデータとに基づいて、電圧比差ΔＶＣのときの湿度Ｈを算出する。
【００８２】
また、これと並行して、Ｓ１６０では、Ｓ１１０にて取得した高温時電圧ＶＨ１，温度電圧ＶＴと、高温時電圧換算用マップデータとに基づいて、環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）においてガス濃度Ｘ、及び、湿度Ｈがゼロのときの高温時電圧ＶＨ１（０）を算出する。
【００８３】
続いて、Ｓ１７０では、Ｓ１１０にて取得した高温時電圧ＶＨ１、およびＳ１５０にて算出した湿度Ｈと、湿度電圧変化換算用マップデータとに基づいて、高温時電圧ＶＨ１のうち湿度Ｈによってもたらされた電圧変化分を表す高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｈ）を算出する。
【００８４】
そして、Ｓ１８０では、Ｓ１１０にて取得した高温時電圧ＶＨ１と、Ｓ１６０にて算出した高温時電圧ＶＨ１（０）と、Ｓ１７０にて算出した高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｈ）とを次式（３）の入力値として、高温時電圧ＶＨ１のうち可燃性ガスによってもたらされた電圧変化分を表す高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｇ）を算出する。
【００８５】
ΔＶＨ１（Ｇ）＝ＶＨ１−ＶＨ１（０）−ΔＶＨ１（Ｈ）…（３）
また、これと並行して、Ｓ１９０では、Ｓ１１０にて取得した高温時電圧ＶＨ１，温度電圧ＶＴと、ガス感度換算用マップデータとに基づいて、高温時電圧ＶＨ１について環境温度Ｔ（ひいては温度電圧ＶＴ）毎に予め設定された可燃性ガスに対する感度（単位はガス濃度Ｘの逆数）を表すガス感度Ｇ（ＶＴ）を算出する。
【００８６】
最後に、Ｓ２００では、Ｓ１８０にて算出した高温時電圧変化ΔＶＨ１（Ｇ）と、Ｓ１９０にて算出したガス感度Ｇ（ＶＴ）とを次式（４）の入力値として、可燃性ガスのガス濃度Ｘを算出し、Ｓ１１０に戻る。
【００８７】
Ｘ＝ΔＶＨ１（Ｇ）／Ｇ（ＶＴ）…（４）
このように、本処理では、周期時間ＴＷ毎に切替信号ＣＧ１を切替スイッチ部５２０に出力することにより、固定抵抗５１２と可変抵抗部５２との接続点Ｐ−から端部ＰＧ（可変抵抗部５２における接地側端部）への通電経路（可変抵抗部５２における通電経路）を、第１、第２固定抵抗５２１，５２２のいずれか一方側から他方側に切り替え、これにより高温時電圧ＶＨ１，低温時電圧ＶＬ１，温度電圧ＶＴを取得する。そして、温度電圧ＶＴから環境温度Ｔ、さらには、高温時電圧ＶＨ１と低温時電圧ＶＬ１の比から被検出雰囲気内の湿度Ｈを求め、これら環境温度Ｔと湿度Ｈとを用いてガス濃度Ｘを補正するようにしている。
【００８８】
［効果］
以上、説明したように、本実施形態の可燃性ガス検出装置１では、両切替スイッチ５２３、５２４のオン・オフを切り替える際には、所定の重複期間ＴＸにわたり、両切替スイッチ５２３、５２４が共にオンとなる期間を設定している。これにより、高温設定期間では、所定の高温（Ｃ２）が維持され、低温設定期間では、所定の（Ｃ２より低い）低温（Ｃ１）が維持されるが、両切替スイッチ５２３、５２４の切り替え時に、発熱抵抗体３４の温度が急上昇することはない。
【００８９】
つまり、本実施形態では、上述した重複期間ＴＸを設定することにより、両切替スイッチ５２３、５２４の切り替え時に、瞬間的に両切替スイッチ５２３、５２４がオフとなることが無いので、ブリッジ回路５１の抵抗が無限大になることはない。それにより、発熱抵抗体３４が過度に昇温することが無いので、過度の昇温度による熱衝撃によって、装置が破損したり可燃性ガスが高濃度であるときに当該可燃性ガスに着火したりすることが無いという顕著な効果を奏する。
【００９０】
［特許請求の範囲との関係］
なお、本実施形態において、通電制御回路５０が通電制御手段、マイコン７がガス濃度演算手段に相当する。
【００９１】
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
【００９２】
（１）例えば、前記実施形態では、上述した構成の温度制御回路を可燃性ガス検出装置に用いたが、それ以外の各種の制御装置に利用できる。例えば、被検出雰囲気の湿度を検出する湿度検出装置に適用できる。
【００９３】
（２）また、前記実施形態の可燃性ガス検出装置１では、被検出雰囲気内の湿度Ｈを用いてガス濃度Ｘを算出しているが、これに限定されるものではなく、少なくとも、発熱抵抗体の両端電圧（ＶＨ１，ＶＨ２）と、測温抵抗体の温度電圧ＶＴとを用いてガス濃度Ｘを算出する構成でもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１…可燃性ガス検出装置、３…ガス検出素子、５…制御回路、７…マイコン、９…起動スイッチ、３４…発熱抵抗体、３５…測温抵抗体、５０…通電制御回路、５１…ブリッジ回路、５２…可変抵抗部、５５…電流調整回路、８０…温度調整回路、８１…ブリッジ回路、８７…スイッチング回路、５１１，５１２，５２１，５２２…固定抵抗、５２０…切替スイッチ部、５２１、５２２…切替抵抗体、５２３、５２４…切替スイッチ、ＣＨ…第１設定温度、ＣＬ…第２設定温度、ＴＷ…周期時間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１固定抵抗体と抵抗値を異なる固定値に可変の切替抵抗体とが第１接続点を介して直列に接続された第１辺と、第２固定抵抗体と発熱により抵抗値が変化する発熱抵抗体とが第２接続点を介して直列に接続された第２辺とが、並列に接続されたホイートストンブリッジ回路と、
前記第１接続点の電位と前記第２接続点の電位との電位差が供給される差動増幅回路と、
を有し、
前記電位差がゼロになるように、前記差動増幅回路の出力を、前記ホイートストンブリッジ回路に印加して、該ホイートストンブリッジ回路が平衡条件を満たす様に制御するとともに、
前記切替抵抗体の抵抗値を切り替えることにより、前記発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する温度制御装置であって、
前記切替抵抗体として、第１抵抗値を有する第１切替抵抗体と第２抵抗値を有する第２切替抵抗体とを並列に接続する構成を有するとともに、前記第１切替抵抗体の接続をオン・オフする第１スイッチと、前記第２切替抵抗体の接続をオン・オフする第２スイッチとを備え、
前記第１スイッチをオフし第２スイッチをオンして両スイッチを切り替える場合、または、前記第１スイッチをオンし第２スイッチをオフして両スイッチを切り替える場合には、前記両スイッチがオンとなる所定の期間を設定することを特徴とする温度制御装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の温度制御装置を備え、被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度を検出するガス検出器において、
前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを駆動して、前記発熱抵抗体が予め設定された二つの設定温度にそれぞれ対応する各抵抗値となるように、該発熱抵抗体の通電状態を一定の周期時間毎に切り替える制御を行う通電制御手段と、
前記被検出雰囲気内の温度である環境温度の変化により抵抗値が変化する測温抵抗体と、
前記通電制御手段から前記発熱抵抗体への通電時に検出される該発熱抵抗体の両端電圧と、前記測温抵抗体の抵抗値が変化することにより生じる電圧差に基づく環境温度とを用いて、前記被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度を演算するガス濃度演算手段と、
を備えたことを特徴とするガス検出装置。
【請求項３】
前記二つの設定温度は、当該設定温度のうち高温側を第１設定温度、低温側を第２設定温度に予め設定されており、
前記ガス濃度演算手段は、前記第１設定温度時に検出される前記発熱抵抗体の両端電圧を高温時電圧、前記第２設定温度時に検出される前記発熱抵抗体の両端電圧を低温時電圧とし、該高温時電圧と該低温時電圧との比に基づいて、前記被検出雰囲気内の湿度を算出し、該湿度を用いて前記可燃性ガスの濃度を補正することを特徴とする請求項２に記載のガス検出装置。
【請求項４】
第１固定抵抗体と抵抗値を異なる固定値に可変の切替抵抗体とが第１接続点を介して直列に接続された第１辺と、第２固定抵抗体と発熱により抵抗値が変化する発熱抵抗体とが第２接続点を介して直列に接続された第２辺とが、並列に接続されたホイートストンブリッジ回路と、
前記第１接続点の電位と前記第２接続点の電位との電位差が供給される差動増幅回路と、
前記切替抵抗体として、第１抵抗値を有する第１切替抵抗体と第２抵抗値を有する第２切替抵抗体とを並列に接続する構成を有するとともに、前記第１切替抵抗体の接続をオン・オフする第１スイッチと、前記第２切替抵抗体の接続をオン・オフする第２スイッチと、
を備えた温度制御装置を用いて、前記発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する温度制御方法であって、
前記電位差がゼロになるように、前記差動増幅回路の出力を、前記ホイートストンブリッジ回路に印加して、該ホイートストンブリッジ回路が平衡条件を満たす様に制御するとともに、
前記第１スイッチ及び第２スイッチを駆動して前記両切替抵抗体の抵抗値を切り替えて、前記発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する際に、前記第１スイッチをオフし第２スイッチをオンして両スイッチを切り替える場合、または、前記第１スイッチをオンし第２スイッチをオフして両スイッチを切り替える場合には、前記両スイッチがオンとなる所定の期間を有する様に制御することを特徴とする温度制御方法。
【請求項１】
第１固定抵抗体と抵抗値を異なる固定値に可変の切替抵抗体とが第１接続点を介して直列に接続された第１辺と、第２固定抵抗体と発熱により抵抗値が変化する発熱抵抗体とが第２接続点を介して直列に接続された第２辺とが、並列に接続されたホイートストンブリッジ回路と、
前記第１接続点の電位と前記第２接続点の電位との電位差が供給される差動増幅回路と、
を有し、
前記電位差がゼロになるように、前記差動増幅回路の出力を、前記ホイートストンブリッジ回路に印加して、該ホイートストンブリッジ回路が平衡条件を満たす様に制御するとともに、
前記切替抵抗体の抵抗値を切り替えることにより、前記発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する温度制御装置であって、
前記切替抵抗体として、第１抵抗値を有する第１切替抵抗体と第２抵抗値を有する第２切替抵抗体とを並列に接続する構成を有するとともに、前記第１切替抵抗体の接続をオン・オフする第１スイッチと、前記第２切替抵抗体の接続をオン・オフする第２スイッチとを備え、
前記第１スイッチをオフし第２スイッチをオンして両スイッチを切り替える場合、または、前記第１スイッチをオンし第２スイッチをオフして両スイッチを切り替える場合には、前記両スイッチがオンとなる所定の期間を設定することを特徴とする温度制御装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の温度制御装置を備え、被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度を検出するガス検出器において、
前記第１スイッチ及び前記第２スイッチを駆動して、前記発熱抵抗体が予め設定された二つの設定温度にそれぞれ対応する各抵抗値となるように、該発熱抵抗体の通電状態を一定の周期時間毎に切り替える制御を行う通電制御手段と、
前記被検出雰囲気内の温度である環境温度の変化により抵抗値が変化する測温抵抗体と、
前記通電制御手段から前記発熱抵抗体への通電時に検出される該発熱抵抗体の両端電圧と、前記測温抵抗体の抵抗値が変化することにより生じる電圧差に基づく環境温度とを用いて、前記被検出雰囲気内の可燃性ガスの濃度を演算するガス濃度演算手段と、
を備えたことを特徴とするガス検出装置。
【請求項３】
前記二つの設定温度は、当該設定温度のうち高温側を第１設定温度、低温側を第２設定温度に予め設定されており、
前記ガス濃度演算手段は、前記第１設定温度時に検出される前記発熱抵抗体の両端電圧を高温時電圧、前記第２設定温度時に検出される前記発熱抵抗体の両端電圧を低温時電圧とし、該高温時電圧と該低温時電圧との比に基づいて、前記被検出雰囲気内の湿度を算出し、該湿度を用いて前記可燃性ガスの濃度を補正することを特徴とする請求項２に記載のガス検出装置。
【請求項４】
第１固定抵抗体と抵抗値を異なる固定値に可変の切替抵抗体とが第１接続点を介して直列に接続された第１辺と、第２固定抵抗体と発熱により抵抗値が変化する発熱抵抗体とが第２接続点を介して直列に接続された第２辺とが、並列に接続されたホイートストンブリッジ回路と、
前記第１接続点の電位と前記第２接続点の電位との電位差が供給される差動増幅回路と、
前記切替抵抗体として、第１抵抗値を有する第１切替抵抗体と第２抵抗値を有する第２切替抵抗体とを並列に接続する構成を有するとともに、前記第１切替抵抗体の接続をオン・オフする第１スイッチと、前記第２切替抵抗体の接続をオン・オフする第２スイッチと、
を備えた温度制御装置を用いて、前記発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する温度制御方法であって、
前記電位差がゼロになるように、前記差動増幅回路の出力を、前記ホイートストンブリッジ回路に印加して、該ホイートストンブリッジ回路が平衡条件を満たす様に制御するとともに、
前記第１スイッチ及び第２スイッチを駆動して前記両切替抵抗体の抵抗値を切り替えて、前記発熱抵抗体の温度を所定の設定温度に切り替え制御する際に、前記第１スイッチをオフし第２スイッチをオンして両スイッチを切り替える場合、または、前記第１スイッチをオンし第２スイッチをオフして両スイッチを切り替える場合には、前記両スイッチがオンとなる所定の期間を有する様に制御することを特徴とする温度制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２０８０７４（Ｐ２０１２−２０８０７４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７５４２３（Ｐ２０１１−７５４２３）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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